體溫檢測在人臉識別門禁終端的應用

李天睿 謝衛平

（廣州廣電運通金融電子股份有限公司，廣東 廣州 510663）

1 引言

2020年開始，新冠肺炎在全球開始蔓延，并已持續到了當前，雖然疫苗已經開始普及注射，但是疫苗保護率并沒有達到100%，全球仍有一些國家在持續蔓延。國內也多次出現境外輸入病例及由境外輸入引起的本土感染病例。因此做好防疫措施仍是今年乃至未來幾年的重中之重。盡量避免接觸和體溫檢測仍是當前防疫工作的重點。目前在小區、公司寫字樓、產業園區、商場等入口進行體溫檢測已成為常態，但是目前主要有兩種方式：一是通過紅外測溫攝像頭進行檢測，檢測到體溫不合格的人員時會報警，工作人員需要從監控屏幕查看不合格人員的照片，然后找到相應的人員進行隔離后，進行復檢。此方案成本高，檢測速度快，適合在交通樞紐、醫院、商場等人員較多，且流動人口非固定的場所；另一種方式是由工作人員手持額溫槍，在入口處對進入的人員進行逐一測溫，此方案成本低，但是對于工作人員和通行人員不能保持1米以上的安全距離，且人流較大時，人工測溫較慢，會造成排隊擁堵，不利于防疫管控。因此結合目前逐漸流行的人臉識別門禁終端，我們在此基礎上增加了體溫檢測功能，替代人工采用額溫槍的測溫方式，具有成本上升較少、測溫準確快速、無接觸、無人值守等優點，且每次檢測都有自動記錄，目前已有大范圍使用。

2 體溫檢測傳感器

對于體溫檢測，在醫學上多為接觸式測溫，主要檢測點為腋窩、口腔、耳內和直腸。由于是接觸式，因此測量儀器在使用后需要經過消毒才能進行下一個人的檢測，不適用于出入口大范圍的檢測管控。因此在疫情期間大多采用非接觸額溫槍進行非接觸式測溫，用于初篩，對于體溫超標（體溫超過37.3攝氏度）的人員再使用醫用測溫設備進行接觸式測溫確認。

一切溫度高于零度（-273.15℃）的物體都在不停地向周圍空間發射紅外能量。其輻射特性、輻射能量的大小、波長分布等都與物體表面溫度密切相關。反過來，通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準確地測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫的機理。紅外測溫儀就是采用這一原理來設計的。通常額溫槍采用的是紅外熱電堆式傳感器[1]。紅外熱電堆傳感器中，Melexis公司的MLX90614系列產品較為主流，具有小尺寸（TO-39封裝）、成本低、易集成（內部帶低噪聲運放，高精度ADC，DSP處理器，輸出I2C數字信號）等優點，特別是醫療級別的型號MLX90614ESF-DCI-000-TU，專門針對體溫檢測場景校準，在室溫環境下（16℃～40℃），在人體體溫范圍內（35℃～40℃）中可以控制在±0.3℃的誤差范圍內，如圖1所示。

圖1 MLX90614ESF-DCI-000-TU的檢測精度圖[2]

3 人臉門禁增加體溫檢測的方法

由于人臉門禁為自助設備，而非接觸體溫檢測，大多采用人工方式進行測量，由工作人員手持測溫槍，對準待測溫人員的額頭進行測量，因此對于人臉門禁設備來說，怎么提示客戶配合，并確定最終檢測結果是否合理是增加體溫檢測的難點。

提高體溫檢測準確度的重點在于在檢測到待測溫人員額頭處于體溫檢測傳感器的檢測中心點時，讀取體溫值。怎么自動確定最佳體溫檢測位置是急需解決的問題。由于人臉門禁用到了攝像頭，因此考慮結合人臉檢測算法來判斷體溫檢測位置是一種可行的方法。

首先需要先確定最佳檢測距離，由于人臉識別的最佳檢測距離為0.5m～2m，而體溫檢測傳感器要求檢測距離越近越好。MLX90614ESF-DCI-000-TU的FOV（Field of View,視場角）為5°，可以算出在0.5m距離，溫度傳感器能測量的范圍：直徑d=0.5*tan（5°/2）*2=0.044m=44mm。根據中華人民共和國國家標準成年人頭面部尺寸（GB/T 2428-1998）[3]資料顯示，中國成年男子面寬137mm～149mm之間，面長在109mm～130mm之間，成年女子面寬在130～143mm之間，面長在100～119mm之間。從統計數據可以看出不論男女，44mm基本上正好覆蓋額頭范圍，也是非接觸體溫檢測的最佳位置，因此選定0.5m為最佳檢測距離。

其次需要通過人臉識別算法輔助確定已達最佳檢測位置。成年人頭面部尺寸可以看出男子或女子本身的面部尺寸就有10%～20%的差別，如果混合識別頭面部尺寸誤差會放大到20%～30%，而目前基于人臉識別的性別識別[4]的正確率已有了大幅提升，因此在人臉識別過程中，先識別性別，然后再根據人臉識別算法給出的人臉位置及尺寸確定被檢測人是否已站在0.5m左右的位置，被檢測人臉位置是否在檢測框內，進而判斷出被檢測人的額頭是否在最佳檢測位置。根據人臉攝像頭的參數（垂直方向FOV：87.8°，水平方向FOV：57.2°,像素為1080*1920）計算在0.5m的距離上，人臉攝像頭的拍攝范圍為：長L=0.5*tan（87.8°/2）*2=0.962m=962mm，寬W=0.5*tan（57.2°/2）*2=0.545m=545mm。縱向每mm對應的像素點為1920/962=2.0，橫向每mm對應的像素點為1080/545=2.0。以被檢測人為男性為例，人臉識別算法給出的人臉大小在寬274～298像素，長218～260像素的情況下可以判定為被檢測人站在大約0.5m的距離，再結合人臉框的起點坐標可以判斷出被檢測人是否已在最佳檢測位置。

4 人臉門禁測溫識別流程

人臉門禁測溫識別的流程如圖2所示。

圖2 人臉門禁識別測溫流程圖

人臉門禁平時處于待機狀態，但是攝像頭會一直工作，后臺運行人臉捕捉算法，當捕捉到人臉時，轉到工作狀態，開始調用人臉識別算法，先識別出性別，人臉的大小，人臉框的坐標，再根據這些信息判斷是否在最佳檢測位置，如果不在提示被檢測人配合移動到最佳位置，如果已達到最佳檢測位置，啟動體溫檢測，讀取體溫檢測值。結合人臉識別結果和體溫值判斷是否放行。

目前人臉識別已能做到300ms以內完成一次完整的識別過程，包括活體檢測、屬性識別（性別，發型，眼鏡，口罩，大小，坐標等）、身份識別。疊加上測溫功能，在正常情況下，每個人的檢測時間不超過1秒，對于人流較大，人員又基本固定的產業園、寫字樓出入口等位置，比人工測溫和查驗身份有更高的效率，大大減少了人員因排隊而聚集，并且做到了記錄可查詢追溯。

5 結語

在人臉識別門禁終端中加入體溫檢測功能，并結合人臉識別算法來確定被檢測人的最佳檢測位置，得到理想結果。該方法提高了可用性，真正做到了自助檢測，無需工作人員監督及輔助，真正無接觸測溫，測溫快，自動記錄且成本低。目前門禁測溫在產業園區、寫字樓等固定人員的場合，得到了大量應用，對群體防疫提供了極大的幫助。